氨基膦酸螯合纖維對銦的動態(tài)吸附性能研究

孫耀冉

（石家莊學(xué)院 化工學(xué)院，河北 石家莊 050035）

0 引言

銦在銦錫氧化物、硒銦銅薄膜太陽電池、光纖通訊、原子能、電視、防腐以及其他工業(yè)方面的應(yīng)用越來越廣泛.近年來銦作為戰(zhàn)略資源，在高科技武器制造中也有著極其重要的作用，但自然界中的銦大部分以稀散狀態(tài)微量伴生于其他礦石中.銦一般與閃鋅礦伴生[1]，銦工業(yè)生產(chǎn)中存在雜質(zhì)分離困難、回收效率低及生產(chǎn)成本過高等問題.基于對銦高選擇性的要求，筆者制備了氨基膦酸螯合纖維（TEPAPCF）[2]，在TEPAPCF對銦的靜態(tài)吸附性能的研究基礎(chǔ)上，研究TEPAPCF對銦鐵混合溶液中In（Ⅲ）的動態(tài)吸附選擇性，并對動態(tài)吸附性能的影響因素進(jìn)行考察，以期將螯合纖維技術(shù)應(yīng)用在銦富集分離的生產(chǎn)實踐中的銦鐵分離難題中.

1 實驗試劑與儀器

FeSO4·7H2O，F(xiàn)eCl3·6H2O，ZnCl2，In2（SO4）3，NaOH，HCl均為市售分析純，TEPACF為實驗室自制.實驗中所用水均為去離子水.

Optima ICP-OES（美國PerkinElmer公司）；SHA-B恒溫振蕩器（常州國華電器有限公司）；AR2140電子天平（奧豪斯公司）；PHS-25雷磁數(shù)字酸度計（上海精密科學(xué)儀器公司）；BSZ-160F電腦自動部分收集器（上海精科實業(yè)有限公司）；BT100-1J恒流泵（保定蘭格恒流泵有限公司）；20～200 μL取樣器[芬蘭百得實驗室儀器（中國）有限公司].

2 實驗方法

2.1 動態(tài)吸附實驗

準(zhǔn)確稱取一定質(zhì)量的TEPAPCF，在蒸餾水中浸泡30 min，充分浸潤后，除去纖維表面的氣泡，于蒸餾水中按照一定的裝填密度裝入離子交換柱，控制一定流速并加入預(yù)先配制的一定濃度的金屬離子溶液，透出液用電腦自動部分收集器分段收集，直至纖維對金屬離子不再吸附為止.測定收集管中透出液的金屬離子的濃度，然后以透出率為縱坐標(biāo)，以流出液體積為橫坐標(biāo)繪制穿透曲線[3].

2.2 動態(tài)解吸實驗

動態(tài)吸附飽和后的TEPAPCF先用蒸餾水沖洗，然后再用一定濃度的解吸劑在一定的流速下解吸，用電腦自動收集器分段收集，直到透出液中不含金屬離子為止，測定透出液金屬離子的濃度，然后以濃度為縱坐標(biāo)，以解吸液體積為橫坐標(biāo)繪制解吸曲線[4].

2.3 ICP-OES 法檢測 In（Ⅲ）、Fe、Zn（Ⅱ）濃度

In、Fe和 Zn 的最佳分析線分別為 325.609，238.204，213.857 nm，在泵進(jìn)樣量 1.50 mL·min-1、輔助氣流量0.2 mL·min-1、射頻功率 1 300 W，等離子體 15 mL·min-1、霧化器 0.80 mL·min-1下進(jìn)行測定.

3 實驗結(jié)果與討論

3.1 TEPAPCF 對混合溶液中 In（Ⅲ）、Fe（Ⅱ）、Zn（Ⅱ）的動態(tài)吸附

稱取0.50 g TEPAPCF裝柱，柱內(nèi)徑0.6 cm，柱高8.0 cm，加入濃度分別為100 mg·L-1的FeSO4、ZnSO4和In2（SO4）3溶液，調(diào)整pH值為2.80，以流速為0.80 mL·min-1（0.35 BV·min-1）按2.1和2.2所述的方法進(jìn)行動態(tài)吸附和解吸實驗，圖1給出了3種金屬離子的穿透曲線和解吸曲線.

從圖 1（a）可以看出，F(xiàn)e（Ⅱ）和 Zn（Ⅱ）很快穿透，In（Ⅲ）在 100 mL 時開始穿透，在該條件下，TEPAPCF 對In（Ⅲ）、Fe（Ⅱ）和 Zn（Ⅱ）能有效分離；從圖 1（b）可以看出，解吸液中 In（Ⅲ）的濃度最高，達(dá)到 1 000 mg·L-1，濃縮倍數(shù)大于 10，F(xiàn)e（Ⅱ）和 Zn（Ⅱ）的濃度相當(dāng)，在 200 mg·L-1左右，所以在該條件下，TEPAPCF 能從 In（Ⅲ）、Fe（Ⅱ）和Zn（Ⅱ）混合溶液中有效分離富集In（Ⅲ）.

3.2 TEPAPCF 對混合溶液中 In（Ⅲ）、Fe（Ⅲ）、Zn（Ⅱ）的動態(tài)吸附

稱取0.50 g TEPAPCF裝柱，柱內(nèi)徑0.6 cm，柱高8.0 cm，加入濃度分別為50 mg·L-1的Fe2（SO4）3、ZnSO4和In2（SO4）3溶液，pH值調(diào)整到2.60，以流速為0.80 mL·min-1（0.35 BV·min-1）按2.1和2.2所述的方法進(jìn)行動態(tài)吸附和解吸實驗，圖2給出了3種金屬離子的穿透曲線和解吸曲線.

從圖2（a）可以看出，Zn（Ⅱ）在透出液體積為30 mL開始穿透，In（Ⅲ）和Fe（Ⅲ）的穿透曲線幾乎重合，在實驗范圍內(nèi)一直沒有穿透；從圖2（b）可以看出，解吸液中In（Ⅲ）和Fe（Ⅲ）的濃度相當(dāng)，濃縮倍數(shù)近20，Zn（Ⅱ）的濃度在200 mg·L-1左右，在該條件下，TEPAPCF 能從 In（Ⅲ）、Fe（Ⅲ）和 Zn（Ⅱ）混合溶液中有效分離 Zn（Ⅱ），但是In（Ⅲ）和Fe（Ⅲ）的吸附行為一直無法分離，通過動態(tài)吸附性能的研究表明TEPAPCF對三價金屬離子具有很好的吸附選擇性.

3.3 TEPAPCF動態(tài)吸附In（Ⅲ）、Fe（Ⅱ）和Zn（Ⅱ）影響因素研究

稱取0.50 g TEPAPCF裝柱，柱內(nèi)徑0.6 cm，柱高8.0 cm，研究不同pH值、不同溶液濃度和不同流速對動態(tài)吸附In（Ⅲ）、Fe（Ⅱ）和Zn（Ⅱ）的影響，表1給出了實驗中的主要吸附條件.

圖 1 TEPAPCF 動態(tài)吸附 In(Ⅲ)、Fe(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)

圖2 TEPAPCF動態(tài)吸附In（Ⅲ）、Fe（Ⅲ）、Zn（Ⅱ）

表1 動態(tài)吸附In（Ⅲ）、Fe（Ⅱ）和Zn（Ⅱ）影響因素研究的主要條件

3.3.1 溶液pH值對TEPAPCF動態(tài)吸附In（Ⅲ）、Fe（Ⅱ）和Zn（Ⅱ）的影響

圖3 pH值對TEPAPCF動態(tài)吸附In（Ⅲ）、Fe（Ⅱ）和Zn（Ⅱ）的影響

按表1中的不同pH值條件和2.1節(jié)所述的方法進(jìn)行動態(tài)吸附，圖3給出了不同pH值時3種金屬離子的穿透曲線.從圖3（a）～（d）可以看出，當(dāng)溶液pH值為1.38和2.00時，3種離子很快穿透，溶液pH值升高到2.20和2.42時吸附開始，TEPAPCF能從In（Ⅲ）、Fe（Ⅱ）和Zn（Ⅱ）混合溶液中有效分離富集In（Ⅲ）.如果溶液pH值繼續(xù)升高時，溶液中Fe（Ⅱ）會被氧化成Fe（Ⅲ）而吸附于柱中，pH值為2.60時，F(xiàn)e（Ⅱ）開始被氧化成Fe（Ⅲ），穿透延遲，所以動態(tài)吸附的最佳pH值條件為2.40～2.50.

3.3.2 溶液濃度對TEPAPCF動態(tài)吸附In（Ⅲ）、Fe（Ⅱ）和Zn（Ⅱ）的影響

按表1中不同溶液濃度條件和2.1節(jié)與2.2節(jié)所述的方法進(jìn)行動態(tài)吸附和解吸實驗，圖4和圖5分別給出了兩組濃度比不同的溶液中3種離子的穿透曲線和解吸曲線.從圖4和圖5可以看出，其他吸附條件相同，溶液中Zn（Ⅱ）和Fe（Ⅱ）的濃度大幅度提高，In（Ⅲ）的濃度不變時，由于大量Zn（Ⅱ）和Fe（Ⅱ）的競爭吸附的影響，In（Ⅲ）的穿透提前，且解吸液中Zn（Ⅱ）和Fe（Ⅱ）的比例增加，但TEPAPCF仍然能夠分離富集In（Ⅲ）.

3.3.3 流速對In（Ⅲ）、Fe（Ⅱ）和 Zn（Ⅱ）動態(tài)吸附的影響

按表1中不同流速條件和2.1節(jié)與2.2節(jié)所述的方法進(jìn)行動態(tài)吸附和解吸實驗，圖6和圖7分別給出了兩種流速時金屬離子的穿透曲線和解吸曲線.從圖6（a）和圖7（a）可以看出，在相同吸附條件下，當(dāng)流速從 0.40 mL·min-1降低到 0.20 mL·min-1時，In（Ⅲ）的穿透延遲，TEPAPCF 對 In（Ⅲ）和 Fe（II）的吸附容量都增大；從圖 6（b）和圖 7（b）可以看出，當(dāng)流速為 0.20 mL·min-1時，F(xiàn)e:In（濃度比）從吸附前液中的 18:1 減小到了3:1，Zn（Ⅱ）的濃度很小.所以流速降低到0.20 mL·min-1時TEPAPCF完成了混合溶液中In（Ⅲ）的分離富集.

4 結(jié)論

動態(tài)吸附性能研究表明：1）TEPAPCF對三價金屬離子具有很好的吸附選擇性，在一定的條件下，TEPAPCF能從 In（Ⅲ）、Fe（Ⅱ）和 Zn（Ⅱ）混合溶液中分離富集 In（Ⅲ）.2）各因素對 TEPAPCF吸附 In（Ⅲ）、Fe（Ⅱ）和Zn（Ⅱ）動態(tài)性能的影響研究結(jié)果表明，pH 值為 2.40～2.50，流速為 0.20 mL·min-1時，TEPAPCF能從 In（Ⅲ）、Fe（Ⅱ）和 Zn（Ⅱ）混合溶液中有效分離富集In（Ⅲ）溶液；當(dāng)溶液中 Zn（Ⅱ）和 Fe（Ⅱ）的濃度大幅度提高，In（Ⅲ）的穿透時間提前，且解吸液中鐵和鋅的比例增加.

圖4 Zn:Fe:In（濃度比）為8:18:1時的動態(tài)吸附

圖5 Zn:Fe:In（濃度比）為5:12:1時的動態(tài)吸附

圖6 流速為0.40 mL·min-1時的動態(tài)吸附

圖7 流速為0.20 mL·min-1時的動態(tài)吸附